Um telescópio refrator funciona dobrando a luz com suas lentes. Ele reúne e focaliza a luz usando a lente objetiva para fazer uma pequena imagem do objeto e usando a lente ocular para ampliar a imagem.
A curvatura da lente também influencia a qualidade das imagens do telescópio. O tamanho da imagem que a lente produz está diretamente relacionado ao comprimento focal da lente. Conforme a distância focal aumenta, o tamanho da imagem também aumenta. Esta é uma das desvantagens do telescópio refrator, uma vez que um comprimento focal longo significa um telescópio longo. Outras desvantagens do telescópio refrator incluem a incapacidade de transmitir toda a luz, uma vez que parte da luz é perdida por absorção ou reflexão e lentes grandes que podem ser difíceis de fazer.
Galileu criou o primeiro telescópio refrator usando uma lente primária convexa e uma lente ocular côncava. Para permitir que seu telescópio produzisse a imagem mais nítida possível, Galileu usou a matemática para calcular a distância entre as lentes. Ele era capaz de ver apenas uma pequena parte do céu a qualquer momento, e o telescópio produzia imagens difusas de aberração esférica. Este telescópio antigo ampliou objetos três vezes, e suas criações posteriores foram capazes de ampliar objetos em até 30 vezes.
